(57)【要約】【課題】所定の容器内で撹拌翼によって放射性廃棄物をセメントと混練してセメント混練物を得、このセメント混練物を固化することによって放射性廃棄物を処理する際に、上記撹拌翼にセメント固化体が付着することを防止し、続くセメント混練作業を良好に行う。【解決手段】撹拌翼を有する容器内において、放射性廃棄物とセメントとを前記撹拌翼を用いて混練し、前記放射性廃棄物及び前記セメントを含むセメント混練物を得る。次いで、前記撹拌翼を−５℃以下に保持することにより、前記撹拌翼に付着した前記セメント混練物由来の付着物の固化を遅延させる。次いで、前記セメント混練物を固化することによりセメント固化体を得る。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
撹拌翼を有する容器内において、放射性廃棄物とセメントとを前記撹拌翼を用いて混練し、前記放射性廃棄物及び前記セメントを含むセメント混練物を得るステップと、
前記撹拌翼を−５℃以下にすることにより、前記撹拌翼に付着した前記セメント混練物由来の付着物の固化を遅延させるステップと、
前記セメント混練物を固化することによりセメント固化体を得るステップと、
を具えることを特徴とする、放射性廃棄物の処理方法。
【請求項２】
前記撹拌翼は、−２０℃以下に保持することを特徴とする、請求項１に記載の放射性廃棄物の処理方法。
【請求項３】
前記セメントは、ポルトランドセメント、高炉セメント、フライアッシュセメント、及びアルミナセメントからなる群より選ばれる少なくとも一種であることを特徴とする、請求項１又は２に記載の放射性廃棄物の処理方法。
【請求項４】
前記セメント混練物の固化は前記容器内で行い、前記セメント固化体はインドラム方式において生成することを特徴とする、請求項１〜３のいずれか一に記載の放射性廃棄物の処理方法。
【請求項５】
前記セメント混練物の固化は追加の容器内で行い、前記セメント固化体はアウトドラム方式において生成することを特徴とする、請求項１〜３のいずれか一に記載の放射性廃棄物の処理方法。
【請求項６】
放射性廃棄物とセメントとを混練し、前記放射性廃棄物及び前記セメントを含むセメント混練物を得るための撹拌翼を有する容器と、
前記撹拌翼を−５℃以下に保持するための冷却器と、
を具えることを特徴とする、放射性廃棄物の処理装置。
【請求項７】
前記冷却器は、槽内に冷却剤を充填することによって構成されていることを特徴とする、請求項６に記載の放射性廃棄物の処理装置。
【請求項８】
前記容器は、前記セメント混練物を固化することによりセメント固化体を得、このセメント固化体をインドラム方式で生成するように構成したことを特徴とする、請求項６又は７に記載の放射性廃棄物の処理装置。
【請求項９】
前記セメント混練物を固化してセメント固化体を得るための追加の容器を具え、前記セメント固化体をアウトドラム方式において生成するように構成したことを特徴とする、請求項６又は７に記載の放射性廃棄物の処理装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、放射性廃棄物の処理方法及び処理装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
原子力発電所、原子力施設等では放射性廃液を濃縮した廃液が発生する。この廃液は沸騰水型原子力発電所(BWR)では硫酸ナトリウムと鉄とが主成分で、その濃度は硫酸ナトリウムが５〜２５質量％程度、鉄が０．１〜５質量％程度である。また加圧水型原子力発電所(PWR)ではホウ素が主成分でその濃度は０．５〜５質量％程度である。
【０００３】
これらの廃液は普通ポルトランドセメントや高炉セメントと混合してインドラム方式やアウトドラム方式で混練後、例えば２００Ｌのドラム缶中でセメント固化処理が行なわれている。これらのセメント固化体は地中埋没処分が行われており、２００Ｌドラム缶の発生量が増大し、処分敷地の観点より放射性廃棄物発生量を抑制し、放射性廃棄物を減容することが必要になっている。そのため、近年濃縮を更に進めて乾燥処理を行い、廃液の主成分を粉体化してこの粉体をセメントやプラスチック等で固化して減容固化するシステムが開発されている。
【０００４】
また発電所内の復水等の水を浄化する粉末イオン交換樹脂や粒状イオン交換樹脂等の固体廃棄物も発生し、同様にこれらの廃棄物も脱水処理等を行ってセメント固化されている。
【０００５】
セメント固化処理工程では、インドラム方式、アウトドラム方式いずれの場合も、セメントと廃液若しくは固体廃棄物と混練水とを混合攪拌した後、適宜混合機の撹拌翼の洗浄が必要である。洗浄を実施しないと撹拌翼や軸に付着した、セメント混練物が水和反応により固化し、容易には剥離できない状態になる。このような状態が繰り返されると、撹拌翼に対してセメント固化体が堆積するようになって、最早撹拌翼の形状を保持することができずに、上述した混合撹拌を十分に行うことができなくなる。
【０００６】
したがって、撹拌翼に付着した付着物であるセメント混練物を除去及び洗浄することが必要になるが、セメント混練物の除去及び洗浄には、通常、比較的多量の洗浄水を撹拌翼に供給して行う。しかしながら、撹拌翼の付着物であるセメント混練物は放射性廃棄物を含むため、上述のような洗浄処理を行うことによって、放射性廃液が新たに生成されることになり、再度放射性廃液を処理するという新たな操作が要求されることになる。
【０００７】
特許文献１には、上述のようにして生成した放射性廃液を次バッチのセメント固化に対する混練水として使用することにより、放射性廃液の上記新たな処理操作を省略する技術が開示されている。しかしながら、使用する洗浄水の量が増大すると、生成する新たな放射性廃液の量も増大し、たとえ放射性廃液を次バッチの混練水として使用した場合においても、放射性廃液が残留してしまい、結果として、別途、この放射性廃液を処理するための新たな操作が必要となるという課題があった。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】特許第３０４８８０６号
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
本発明の課題は、所定の容器内で撹拌翼によって放射性廃棄物をセメントと混練してセメント混練物を得、このセメント混練物を固化することによって放射性廃棄物を処理する際に、上記撹拌翼にセメント固化体が付着することを防止し、続くセメント混練作業を良好に行うことである。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明の一態様は、撹拌翼を有する容器内において、放射性廃棄物とセメントとを前記撹拌翼を用いて混練し、前記放射性廃棄物及び前記セメントを含むセメント混練物を得るステップと、前記撹拌翼を−５℃以下に保持することにより、前記撹拌翼に付着した前記セメント混練物由来の付着物の固化を遅延させるステップと、前記セメント混練物を固化することによりセメント固化体を得るステップと、を具えることを特徴とする、放射性廃棄物の処理方法に関する。
【発明の効果】
【００１１】
本発明によれば、所定の容器内で撹拌翼によって放射性廃棄物をセメントと混練してセメント混練物を得、このセメント混練物を固化することによって放射性廃棄物を処理する際に、上記撹拌翼にセメント固化体が付着することを防止し、続くセメント混練作業を良好に行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】第１の実施形態の放射性廃棄物の処理装置の概略構成を示す図である。
【図２】第２の実施形態の放射性廃棄物の処理装置の概略構成を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
以下、図面を参照して、実施形態を詳細に説明する。
【００１４】
（第１の実施形態）
図１は、本実施形態における放射性廃棄物の処理装置の概略構成を示す図である。
図１に示す放射性廃棄物の処理装置１０は、セメント混練物を得るための容器１１と、この容器１１内において、モータ１４に取り付けられた回転軸１３の先端部に取り付けられた撹拌翼１２とを有している。容器１１には、配管１７〜１９が設けられ、配管１７からは放射性廃棄物が容器１１内に導入され、配管１８からはセメントが容器１１内に導入され、配管１９からは混練水が容器１１内に導入されるようになっている。
【００１５】
また、放射性廃棄物の処理装置１０は、撹拌翼１２を−５℃以下に保持するための槽２１及びこの槽２１内に充填された冷却剤２２からなる冷却器を有している。なお、以下に説明するように、撹拌翼１２の冷却温度が−５℃以下かつ−２０℃以上の温度範囲の、比較的高い温度領域に相当する場合は、図１に示す槽２１及び冷却剤２２からなる冷却器の代わりに、通常の恒温槽を用いることもできる。
【００１６】
さらに、配管１８及び１９を別途独立に準備し、容器１１内にセメント及び混練水を別々に導入する代わりに、予めセメント及び混練水を別途の容器で混練した後、この混練物を単一配管、例えば配管１８から容器１１内に導入するようにすることもできる。
【００１７】
また、以下に説明するように、本実施形態では、セメント混練物の生成及びセメント固化体の生成を同じ容器１１内で行うので、上記セメント固化体は、インドラム方式において生成することになる。
【００１８】
容器１１、撹拌翼１２、回転軸１３、及び配管１７〜１９、槽２１は、ステンレス等の耐食性の高い材料から構成する。なお、槽２１は、外気との断熱を図るために、内層及び外層の二重構造で構成され、内層及び外層間の空間が真空に保持されていることが好ましい。撹拌翼１２の表面には表面滑性の高いＰＴＦＥなどのフッ素樹脂をコーティングすることもできるし、フッ素樹脂から直接作製するようにしてもよい。
【００１９】
次に、図１に示す処理装置１０を用いた放射性廃棄物の処理方法について説明する。
最初に、処理装置１０の容器１１内に、配管１７から放射性廃棄物を導入するとともに、配管１８からセメントを導入し、さらに配管１９から混練水を導入する。
【００２０】
放射性廃棄物は、容器１１内に導入する以前に、その種類に応じて適宜所定の前処理を行うことができる。例えば、放射性廃棄物がホウ酸含有廃液やその他の酸性廃液の場合は、アルカリ土類金属を加えて難溶化処理した後、アルカリ金属を加えて沈降させ、得られた沈殿物を乾燥して粉末状とし、得られた粉末を容器１１内に導入するようにすることができる。なお、上述した酸性廃液は、例えば冷却水浄化系の使用済みイオン交換樹脂を洗浄する際に使用されて廃液となるものである。
【００２１】
また、放射性廃棄物が廃イオン交換樹脂の場合は、アルカリ水溶液中に浸漬し、イオン交換樹脂中のアミノ基を分解し、アミンガスやアンモニアガスの発生を抑制した状態で容器１１内に導入するようにすることができる。なお、この場合においても、アミノ基を分解した後の廃イオン交換樹脂を乾燥して減容した後に、容器１１内に導入することができる。
【００２２】
セメントは、例えばアルミナセメント、高炉スラグセメント、フライアッシュセメント及びポルトランドセメントであることが好ましい。これらのセメント材は容易に入手ができるとともに安価であって、かつ海水や化学物質に対して安定であるので、本実施形態のように放射性排液を固化して安定化させるセメント材として適している。特に、アルミナセメントは、アルミニウムの原料であるボーキサイトと石灰石から作られ、酸化アルミニウムを含むセメントであって、混練後すぐに強い強度を発揮するので、イオン閉じ込め性に優れている。
【００２３】
混練水は通常の市水とすることができる。なお、セメント１ｋｇ当たりに使用する混練水の量は、例えば数百ｍｌのオーダである。
【００２４】
以上のようにして、容器１１内に放射性廃棄物、セメント及び混練水を入れた後は、モータ１４で回転軸１３を回転させることにより、例えば撹拌翼１２を３００ｒｐｍ〜５００ｒｐｍで１０分〜２０分回転させ、放射性廃棄物とセメントとの混練物（セメント混練物）を生成する。
【００２５】
セメント混練物は、例えば生成から１０時間程度時間が経過すると、水和反応によって硬化するようになるので、このような硬化が始まる前に、容器１１から撹拌翼１２を取り出して槽２１内に入れ、冷却剤２２によって−５℃以下の温度に冷却する。これによって、セメント混練物の凝結反応が遅延するようになるので、撹拌翼１２の、セメント混練物に由来する付着物が固化するのを遅延させることができ、ゲル状に保持しておくことができる。
【００２６】
したがって、撹拌翼１２に付着したセメント混練物由来の付着物を洗浄及び除去する必要がなく、次回のセメント混練作業に撹拌翼１２をそのまま使用することができる。また、撹拌翼１２に付着したセメント混練物の除去及び洗浄を行わないので、セメント混練物が放射性廃棄物を含むことによる新たな放射性廃液の生成を抑制することができ、再度放射性廃液を処理するという新たな操作が要求されることもない。
【００２７】
なお、本実施形態において、撹拌翼１２は−５℃以下に保持することが必要であるが、好ましくは−２０℃以下に保持することが好ましい。これによって、撹拌翼１２の、セメント混練物に由来する付着物が固化するのを十分に遅延させることができ、長時間ゲル状に保持しておくことができる。したがって、次回のセメント混練作業までの撹拌翼１２の放置時間が比較的長いような場合においても、上記付着物の固化を抑制し、次回のセメント混練作業におけるセメント混練を良好な状態で行うことができる。
【００２８】
冷却剤２２としては、氷やドライアイス、液体窒素などを用いることができる。特に、ドライアイス及び液体窒素は比較的安価であって、大気中における温度がそれぞれ−７９℃及び−１９６℃であるので、撹拌翼１２を−２０℃以下の温度に簡易に冷却することができる。なお、上述したように、冷却剤２２を用いる代わりに、恒温槽を用いてもよい。
【００２９】
上述したように、本実施形態において、撹拌翼１２は−５℃以下の温度に冷却することが必要であるが、その下限値は主として使用する冷却剤２２の種類に依存し、現状では、液体窒素の温度−１９６℃を下限値としている。
【００３０】
撹拌翼１２のセメント混練物由来の付着物を槽２１内で冷却剤２２によって冷却する一方、容器１１内に残留したセメント混練物を硬化させて容器１１内においてセメント固化体を生成する。その後、セメント固化体の入った容器１１は地中に埋没され、上述した放射性廃棄物はセメント固化体として地中に埋設されて処分されることになる。
【００３１】
（第２の実施形態）
図２は、本実施形態における放射性廃棄物の処理装置の概略構成を示す図である。なお、図２に示す構成要素において、図１に示す構成要素と類似あるいは同一の構成要素に対しては同一の符号を用いて表している。
【００３２】
図２に示す放射性廃棄物の処理装置３０は、図１に示す放射性廃棄物の処理装置１０に対して、容器１１の下方に別途追加の容器３１が設けられるとともに、容器１１の下部の中心部において配管３７が設けられ、容器１１でセメント混練物の生成を行い、容器３１でセメント固化体の生成を行うようにしているので、上記セメント固化体は、アウトドラム方式において生成することになる。
【００３３】
したがって、本実施形態におけるセメント混練物の生成は上記第１の実施形態と同様にして行い、セメント固化体の生成のみが上記第１の実施形態と異なる。
【００３４】
セメント混練物の生成は、上述のように、処理装置３０の容器１１内に、配管１７から放射性廃棄物を導入するとともに、配管１８からセメントを導入し、さらに配管１９から混練水を導入する。次いで、モータ１４で回転軸１３を回転させることにより、例えば撹拌翼１２を３００ｒｐｍ〜５００ｒｐｍで１０分〜２０分回転させ、放射性廃棄物とセメントとの混練物（セメント混練物）を生成する。
【００３５】
この場合においても、セメント混練物は、例えば生成から１０時間程度時間が経過すると、水和反応によって硬化するようになるので、このような硬化が始まる前に、容器１１から撹拌翼１２を取り出して槽２１内に入れ、冷却剤２２によって−５℃以下の温度に冷却する。これによって、セメント混練物の凝結反応が遅延するようになるので、撹拌翼１２の、セメント混練物に由来する付着物が固化するのを遅延させることができ、ゲル状に保持しておくことができる。
【００３６】
したがって、撹拌翼１２に付着したセメント混練物由来の付着物を洗浄及び除去する必要がなく、次回のセメント混練作業に撹拌翼１２をそのまま使用することができる。また、撹拌翼１２に付着したセメント混練物の除去及び洗浄を行わないので、セメント混練物が放射性廃棄物を含むことによる新たな放射性廃液の生成を抑制することができ、再度放射性廃液を処理するという新たな操作が要求されることもない。
【００３７】
なお、冷却温度、冷却剤２２、使用できる好ましいセメントの種類や混練水の量、放射性廃棄物の前処理などは第１の実施形態と同様であって、これらによって得られる作用効果も第１の実施形態と同様である。
【００３８】
次いで、撹拌翼１２のセメント混練物由来の付着物を槽２１内で冷却剤２２によって冷却する一方、容器１１の下方に設けられた配管３７のバルブ３６を開とし、容器１１内のセメント混練物を容器３１内に移送する。そして、容器３１内で数時間から数十時間放置してセメント混練物を硬化させ、セメント固化体を生成する。その後、セメント固化体の入った容器３１は地中に埋没され、上述した放射性廃棄物はセメント固化体として地中に埋設されて処分されることになる。
【実施例】
【００３９】
（実施例１）
本実施例では、図１に示す処理装置を用いてセメント混練物を生成し、その際に使用した撹拌翼の冷却を試みた。なお、試験は以下に示すようにして実施したが、簡便化のため放射性廃棄物は用いずに実施した。
【００４０】
セメントとしてポルトランドセメント（太平洋セメント（株））を６００ｇ用い、直径１２０ｍｍ、高さ２５０ｍｍのアクリル製の透明容器に５モル％硫酸ナトリウム水溶液２４０ｍｌ導入して、撹拌翼を３００ｒｐｍの回転速度で回転させながら、３分間かけてポルトランドセメント６００ｇを加え、さらに５００ｒｐｍの回転速度で２０分間回転させて混合し、セメント混練物を得た。
【００４１】
その後、透明容器から撹拌翼を引き上げるとともに、この撹拌翼を−２０℃に保持された恒温槽内に配置し、その間に適宜取り出し、撹拌翼に付着したセメント混練物の凝結状態を凝結針により評価した。その結果、−２０℃では３６０時間の時点で凝結が終了していることがわかった。結果を表１に示す。
【００４２】
（実施例２）
実施例１と同様にしてセメント混練物を得た後、透明容器から撹拌翼を引き上げるとともに、この撹拌翼をドライアイス（大気圧下、−７９℃）が入ったジュワー瓶に入れ、３６０時間放置した。次いで、撹拌翼に付着したセメント混練物の硬化状態を凝結針により評価したところ凝結が終了していないことがわかった。結果を表１に示す。
【００４３】
（実施例３）
実施例１と同様にしてセメント混練物を得た後、透明容器から撹拌翼を引き上げるとともに、この撹拌翼を液体窒素（大気圧下、−１９６℃）が入ったジュワー瓶に入れ、３６０時間放置した。次いで、撹拌翼に付着したセメント混練物の硬化状態を凝結針により評価したところ−７９度の場合と同様に凝結終了していないことがわかった。結果を表１に示す。
【００４４】
（比較例１）
実施例１と同様にしてセメント混練物を得た後、透明容器から撹拌翼を引き上げるとともに、この撹拌翼を２℃に保持された恒温槽内に通算９時間配置した。保温途中で撹拌翼に付着したセメント混練物の硬化状態を一定時間毎に凝結針を用いて評価した。その結果、9時間で凝結が終了していることがわかった。結果を表１に示す。
【００４５】
（比較例２）
実施例１と同様にしてセメント混練物を得た後、透明容器から撹拌翼を引き上げるとともに、この撹拌翼を２５℃に保持された恒温槽内に通算２時間配置した。保温途中、撹拌翼に付着したセメント混練物の硬化状態を一定時間毎に凝結針を用いて評価した。その結果、２時間で凝結が終了していることがわかった。結果を表１に示す。
【００４６】
【表１】
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【００４７】
実施例１〜３より、−２０℃は３６０時間で凝結終了、それよりも温度が低い場合には、いずれも撹拌翼に付着したセメント混練物の付着物は３６０時間（１５日）経過しても凝結がなく、柔らかいゲル状を保持していることが判明した。したがって、撹拌翼に付着したセメント混練物由来の付着物を洗浄及び除去する必要なく、次回のセメント混練作業に撹拌翼をそのまま使用することができる。例えば、金曜日１７時にセメント混練作業を終了し、翌週の月曜日９時にセメント混練作業を続けて行うには６４時間程度凝結しないようにすればよいことがわかる。  
【００４８】
また、撹拌翼に付着したセメント混練物の除去及び洗浄を行わないので、セメント混練物が放射性廃棄物を含むことによる新たな放射性廃液の生成を抑制することができ、再度放射性廃液を処理するという新たな操作が要求されることもない。
【００４９】
一方、比較例１及び２においても、数時間は撹拌翼に付着したセメント混練物の付着物の凝結を防止することはできるが、その時間は極めて短時間である。したがって、撹拌翼に付着したセメント混練物由来の付着物を洗浄及び除去する必要なく、次回のセメント混練作業に撹拌翼をそのまま使用するのは困難である。
【００５０】
以上、本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は例として掲示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。
【符号の説明】
【００５１】
１０、３０  放射性廃棄物の処理装置
１１  容器
１２  撹拌翼
１３  回転軸
１４  モータ
１５  噴出器
１７〜１９、３７  配管
２１  槽
２２  冷却剤
３１  追加の容器
３６  バルブ
【図１】
2013064683.tif 000004
【図２】
2013064683.tif 000005